高中化学 5.2 电解与电镀素材2 苏教版选修6

电解与电镀一、电解反应类型（见下表）1、只有电解质参加的反应例：在电场作用下，CuCl2溶液中阳离子（Cu2+，H+）向阴极移动，阴离子（Cl-，OH-）向阳极移动。Cu2+得电子能力大于H+，Cl-失电子能力大于OH-。阴极反应：Cu2+2e=Cu，阳极反应：2Cl-2e=Cl2，总反应：CuCl2 Cu+Cl2。2、只有水参加的反应：例：阳极：4OH-4e-=2H2O+O2 阴极：2H+2e-=H2总反应：2H2O 2H2+O2电解H2SO4溶液，相当于电解水，不断电解过程中H+浓度增大，H2SO4浓度增大，溶液pH值减小。3、水和电解质均参加反应。例：阳极：2Cl-2e-=Cl2，阴极：2H+2e-=H2总反应：2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH电解过程中H+得电子，破坏水的电离平衡，H2O H+OH-，水的电离平衡向右移动，溶液pH值增大。4、电极参加反应：例：金属作阳极时，金属失电子，而不是阴离子失电子。在阳极，Cu失电子能力大于SO42-、OH-，因此电极Cu首先失电子：阳极反应：Cu-2e-=Cu2+阴极反应：2H+-2e-=H2，总反应：Cu+2H+ Cu2+H2，从总反应看出不活泼的Cu将较活泼H置换出来，不符合金属活动顺序表，因此化学反应能不能发生没有严格界限，不能自发进行的反应，提供能量（如电解）也能进行。二、电解反应规律：阴阳离子放电顺序 盐的类型实例参加电解物质溶液pH使溶液复原应加入物质1、A-C盐Na2SO4 KNO3H2O不变H2OA的碱KOH NaOH增大C的酸H2SO4 HNO3减小2、B-D盐CuCl2 HgCl2电解质不定CuCl2、HgCl2D的酸HCl HBr增大HCl、HBr3、A-D盐NaCl KBrH2O+电解质增大HCl、HBr4、B-C盐CuSO4 AgNO3减小CuO、Ag2O说明：阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。电解过程中析出的物质的量（或析出物质的质量）：在电解若干串联电解池中的溶液时，各阴极或阳极所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。三、电解原理的应用 电解食盐水电解Al2O3(熔融态)电镀电解精炼装置示意图 阴极反应2H+2e-=H24Al3+12e-=4AlZn2+2e-=ZnCu2+2e-=Cu（精铜）阳极反应2Cl-2e-=Cl26O2-12e-=3O2Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+（粗铜）电解总反应2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl22Al2O3 4Al（熔融） +3O2说明(1)阴极室与阳极室应用隔膜分开。(2)食盐水需经净化，除Mg2+、Ca2+、SO42-等离子。(1)为降低Al2O3熔点，需加助熔剂（冰晶石）(2)阳极生成的O2与碳反应，生成CO2，需要定期更换石墨阳极。电解生成的铝积存在槽底，定期汲出。(3)实际过程复杂，上述反应仅是粗略的表示(1)镀件必须作阴极。(2)镀层金属作阳极。(3)用含镀层阳离子的溶液作电镀液。(1)粗铜作阳极，溶解下来。(2)精铜作阴极。说明：金属的冶炼 四、原电池和电解池的区别和联系 原电池电解池能量转化化学能电能电能化学能反应特征自发进行反应非自发进行反应电极名称由电极本身决定负极：相对较活泼金属正极：相对不活泼金属（或非金属）由电源决定阴极：与负极相连阳极：与正极相连电极反应负极：氧化反应正极：还原反应阴极：还原反应阳极：氧化反应装置特征无电源，两极不同有电源，两极可以相同，也可以不同电子流动方向原电池（） 电解池（阴） 电解池（阳） 原电池（+）溶液中离子流向阴离子负极阳离子正极阴离子阳极阳离子阴极联系两者均发生氧化还原反应说明：电解池有两种连接方式：串联、并联例题分析例1、将两个铂电极插入500mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为A、410-3mol/L B、210-3mol/L C、110-3mol/L D、110-7mol/L 分析与解答：根据电解规律可知阴极反应:Cu2+2e-=Cu，增重0.064gCu，应是Cu的质量,根据总反应方程式: 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4-4H+ 264g4mol 0.064g xx=0.002molH+= =410-3mol/L正确答案为A例2、某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为:Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列说法中正确的是:A、放电时，负极上发生反应的物质是Fe.B、放电时，正极反应是：NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2C、充电时，阴极反应是：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2OD、充电时，阳极附近pH值减小.分析与解答：根据原电池在放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再根据元素化合价变化,可判断该电池负极发生反应的物质为Fe,正极为NiO2,此电池为碱性电池,在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H+,故放电时的电极反应是:负极:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2，正极：NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-。原电池充电时,发生电解反应,此时阴极反应为原电池负极反应的逆反应,阳极反应为原电池正极反应的逆反应,由此可判断正确选项应为A、D。例3、甲、乙两个容器中，分别加入0.1mol/LNaCl溶液与0.1mol/LAgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为:_ 分析与解答：此装置相当于两个电解槽串联到一起,在整个电路中电子转移总数相等.首先判断各极是阳极还是阴极，即电极名称，再分析各极发生的反应.A极(阴极)反应:2H+2e-=H2，B极(阳极)反应:2Cl-2e-=Cl2；C极(阴极)反应：Ag+ e- =Ag；D极(阳极)反应:4OH-4e-=2H2O+O2，根据电子守恒法可知,若整个电路中有4mol电子转移,生成H2、Cl2、Ag、O2的物质的量分别为：2mol、2mol、4mol、1mol因此各电极上生成物的物质的量之比为：2:2:4:1。例4、有三个烧杯，分别盛有氯化铜，氯化钾和硝酸银三种溶液；均以Pt作电极，将它们串联在一起电解一定时间，测得电极增重总和2.8克，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为A、4：1 B、1：1 C、4：3 D、3：4分析与解答：串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少。只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出 ，第二烧杯中放出Cl2和H2，第三烧杯中放出O2。在有1mol电子转移下，分别是0.5 mol，0.5 mol，0.5 mol和0.25mol。所以共放出有色气体0.5+0.5=1(mol)(Cl2)，无色气体0.5+0.25=0.75(mol)(O2和H2)答案：C例5、下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是 a极板 b极板x电极Z溶液 A 锌 石墨负极 B 石墨 石墨负极 C 银 铁正极 D 铜 石墨负极 分析与解答：a极板质量增加，所以a极板一定为阴极，b极产生无色气体，选项C电解池中a与电源正极相接为阳极，所以排除。B选项中在a极表面 与题意不符。D选项中在b极板 ，放出的气体有色有味与要求不符。只有A项：a极： b极： 答案：A参考练习1、将分别盛有熔融的KCl、MgCl2、Al2O3的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为（ ）A、1：2：3 B、3：2：1 C、6：3：1 D、6：3：22、电解4.55%的氢氧化钠溶液1000g,一段时间后,溶液浓度为5%,则阳极产生的气体在标准状况下的体积是:A、112L B、56L C、28L D、168L3、电解2L4mol/L的NaCl溶液，当电路中通过0.02mol电子时，若不考虑由于电解而引起的溶液体积的变化，则溶液的pH值为：A、2 B、7 C、11 D、124、Na2SO4和CuSO4的混合溶液1L，硫酸根离子的浓度为2mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L(标准状况)气体,则原溶液中Na+为:A、0.5mol/L B、1mol/L C、1.5mol/L D、2mol/L 5、用惰性电极电解某金属的硫酸盐溶液时，在阴极上析出ag金属，同时在阳极上析出0.8g气体，如果该金属的原子量为b，则其化合价为：A、abB、 C、20a/b D、b/10a6、用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，电解结束后，向剩余电解液中加适量的水，